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Sistema de compensación de energía reactiva en el Parque Eólico Experimental Sotavento

ANTECEDENTES:


Un gran número de receptores eléctricos consumen energía reactiva, es decir al conectarlos a una red de corriente alterna generan un desfase entre la tensión y la intensidad que circula por ella. Este desfase provoca que la intensidad necesaria para su funcionamiento sea mayor y que por tanto las pérdidas durante el transporte de esa cantidad de energía por la red sean también mayores, esta situación aumenta además la ocupación eléctrica de líneas y transformadores.

El factor de potencia es un parámetro indicador de la proporción de potencia reactiva que es consumida o generada. Los centros de generación eléctrica deben ayudar a evitar esta situación corrigiendo este desfase desde sus instalaciones, es decir deben consumir o generar la energía reactiva solicitada por el sistema. Por lo tanto los parques eólicos deben colaborar en la corrección del factor de potencia.

Una importante cantidad de los aerogeneradores instalados por todo el país son de tecnología asíncrona de jaula de ardilla. Sotavento posee 19 aerogeneradores de este tipo. Esta tecnología requiere de un sistema de compensación de reactiva (condensadores) para la corrección del factor de potencia.

Generalmente la implementación de estos sistemas de compensación era realizada por el propio fabricante y operaba de modo individualizado en cada aerogenerador. Esto era razonable en el marco del RD 2818, que no exigía un ajuste fino del factor de potencia, ya que permitía obtener bonificaciones o sanciones que dependían del grado de alejamiento al factor de potencia unitario, con la particularidad de que era calculado a partir de datos mensuales de producción. Es decir, un parque eólico que por ejemplo hubiese entregado una cierta cantidad de reactiva durante la primera mitad de un mes y consumido la misma cantidad durante la segunda podría obtener la misma compensación que otro que hubiese mantenido un factor de potencia unitario durante todo el mes, lo que evidentemente no parecía justo pues el primero provocaría una situación poco favorable para la red.

Pero tras la entrada en vigor del RD 436 se ofrecía la posibilidad de percibir bonificaciones por un determinado consumo o generación de energía reactiva calculado a partir de datos cuarto-horarios, posibilidad que se mantuvo con el posterior RD 661.

ALCANCE:


Implantación de un sistema para el control del factor de potencia novedoso, fiable y versátil en el Parque Eólico Sotavento, con el fin de maximizar los complementos por energía reactiva contemplados en la normativa en el momento del desarrollo del proyecto.

OBJETIVOS:


  • Creación de un sistema centralizado para el control del factor de potencia evitando que cada aerogenerador opere individualmente
  • Adecuación del sistema tanto para la recepción de consignas externas de factor de potencia como para la programación por tramos horarios
  • Proporcionar de manera precisa e inmediata el factor de potencia asignado para cada momento
  • Elaboración de un sistema independiente del fabricante de la máquina, que garantice la aplicabilidad en cualquier parque eólico de aerogeneradores de jaula de ardilla
  • Minimizar el desgaste de elementos eléctricos vinculados a los sistemas de compensación

Bajo estos objetivos principales el sistema ha sido capaz de optimizar la bonificación por energía reactiva aprovechando al máximo los equipos existentes y reduciendo el número de operaciones sobre las baterías de condensadores.

SITUACIÓN INICIAL:


En un parque eólico de máquinas de jaula de ardilla, la energía reactiva se compensa por medio de condensadores, a nivel de aerogenerador en baja tensión y a nivel de subestación en media tensión. En concreto, el Parque Eólico Sotavento contaba con 4,630 MVAr a nivel de aerogeneradores y con dos escalones de reactiva de 1,215 MVAr en la subestación. Generalmente este modelo de compensación no está diseñado, ni es capaz de operar para consignas dadas del factor de potencia. Los principales problemas que presentaba este modelo de gestión de potencia reactiva eran los siguientes:

  • En ocasiones los aerogeneradores trabajaban con un número de condensadores escaso para obtener un f.d.p. unitario a partir de ciertos niveles de generación de potencia activa. Esta deficiencia debía ser corregida independientemente desde la subestación por medio de las baterías de condensadores de media tensión
  • Los escalones de regulación en media tensión eran demasiado grandes para hacer un ajuste fino, y eran precisamente los encargados de llevar a cabo el ajuste final
  • La conexión de las baterías de condensadores de los aerogeneradores se realizaba exclusivamente por tramos de potencia. Cada tramo de potencia producida por cada aerogenerador llevaba asociado un número de condensadores que se conectaban a la red. Más activa implicaba más reactiva
  • Las averías en condensadores no eran detectadas. Una máquina podía estar operando con un condensador sin conocer su estado
  • Se producían desconexiones de etapas sin que se tuviesen en cuenta los tiempos de seguridad
  • Los sistemas con tiristores, encargados de conectar los condensadores, fallaban con demasiada frecuencia, provocando corrientes asimétricas por fallos en las diferentes fases
  • No existía información sobre averías de etapas en tiempo real

SOLUCIÓN PROPUESTA:


Se propuso para el alcance de los objetivos descritos y como solución a los problemas encontrados, el diseño de un controlador central que gestionase un conjunto de reguladores locales de reactiva que admitiesen consignas externas, donde el controlador central desarrollaba las siguientes tareas:

  • Captación de datos mediante analizadores instalados en cada uno de los aerogeneradores y en la subestación
  • Cálculo a partir de estos datos de la cantidad de potencia reactiva necesaria a nivel global para alcanzar el factor de potencia deseado en el punto de evacuación
  • Análisis e identificación del número de condensadores a conectar en base a reducir el número de operaciones sobre los mismos, en especial sobre los de media tensión por tener un mayor tiempo de descarga. En este paso se han de descartar los condensadores no operativos, bien porque estén dañados o bien porque el aerogenerador al que pertenecen no esté conectado
  • Envío de la orden a cada uno de los controladores de cada máquina y de la subestación para que estos actúasen sobre los condensadores pertinentes

METODOLOGÍA / FASES DEL PROYECTO:


  1. Estudio de las condiciones iniciales de los sistemas de compensación de reactiva de cada uno de los aerogeneradores y de la subestación
  2. Diseño del esquema de regulación aprovechando al máximo los equipos existentes con el objeto de intervenir lo menos posible
  3. Elaboración y simulación de un algoritmo de control universal en colaboración con la Universidad de Vigo que logre un equilibrio óptimo entre máxima bonificación y número de operaciones a realizar sobre condensadores
  4. Modificaciones en los sistemas de compensación
  5. Selección e implantación de equipos
  6. Diseño e instalación de la red de comunicaciones

SITUACIÓN ACTUAL:


El sistema ha estado en funcionamiento desde 2010 hasta junio de 2011, obteniéndose una buena bonificación pero que llevaba asociado un elevado número de operaciones a nivel de la subestación.

A partir de esa fecha, se desarrolla un nuevo algoritmo (aprovechando la experiencia anterior) con la premisa de optimizar la relación entre bonificación/operaciones.

El sistema actualmente está preparado para cumplir con cualquier consigna (automática o preestablecida) referente al factor de potencia y en cualquier rango de generación del parque.

DOCUMENTACIÓN


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